基于改进粒子群算法的含碳捕集微网多时间尺度低碳经济调度（Matlab代码实现）

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    或许，雨过云收，神驰的天地更清朗.......🔎🔎🔎

💥1 概述

基于改进粒子群算法的含碳捕集微网多时间尺度低碳经济调度研究

一、改进粒子群算法（PSO）的核心原理与优化策略

1. 标准PSO算法基础
   粒子群算法模拟鸟群觅食行为，通过个体与群体经验的动态调整实现全局优化。每个粒子根据自身历史最优（pbestpbest）和群体历史最优（gbestgbest）更新速度和位置，公式为：
   编辑
   其中，ω为惯性权重，c1、c2为学习因子，分别控制个体认知和社会协作能力。
   
2. 改进策略

• 动态惯性权重：通过调整ωω平衡全局与局部搜索能力。例如，在迭代初期采用较大的ωω增强全局探索，后期减小以加速收敛。
• 变异操作：引入随机扰动（如重新初始化部分粒子），避免陷入局部最优。
• 多目标优化：结合帕累托前沿解，解决经济性与低碳性之间的冲突，例如在微网调度中同时优化运行成本与碳排放量。

3. 在微网调度中的优势

• 高效并行搜索：适用于多变量、非线性约束的调度问题，如风光柴储协同出力优化。
• 灵活的参数调节：通过改进算法参数（如学习因子、变异概率）提升收敛速度与精度。

二、碳捕集微网的定义与核心组件

1. 系统架构 碳捕集微网由电源侧（燃煤/燃气机组+CCS、风电/光伏）、储能单元（电池、储热罐）、负载侧（电动汽车、可调节负荷）及碳循环系统（P2G、CO₂储存）构成。

• 碳捕集系统（CCS） ：包括吸收塔、再生器、压缩机和溶剂储罐，可分离机组排放的CO₂，并通过P2G技术转化为甲烷循环利用。 编辑
  
• 灵活性运行模式：通过烟气旁路和溶剂储存实现能耗的时移，例如在负荷低谷期捕集更多CO₂，降低高峰期的运行压力。

2. 低碳经济性机制

• 碳交易市场：通过碳配额交易将碳排放成本纳入调度目标，激励清洁能源消纳。
• 需求响应（DR） ：协调电动汽车和柔性负荷，优化负荷曲线以减少碳排放。

三、多时间尺度调度模型的设计

1. 时间层次划分

• 日前调度（24h，1h分辨率） ：基于风光负荷预测，优化机组组合与储能充放电计划，以总成本最小化为目标。
• 日内滚动调度（15min间隔） ：修正日前计划，应对预测误差，例如通过模型预测控制（MPC）实时调整碳捕集电厂的出力。
• 实时调整（5min级） ：处理超短期波动，如风光功率突变，通过超级电容器快速响应。

2. 优化目标与约束

• 目标函数：综合运行成本（购电、运维）、碳交易成本、弃风弃光惩罚成本。
• 约束条件：功率平衡、机组出力限值、储能充放电深度、碳捕集能耗与储存容量。

四、低碳经济调度的关键指标

1. 核心指标

• 碳排放强度：单位发电量的CO₂排放量，需通过碳捕集与清洁能源消纳降低。
• 经济性指标：总成本包括燃料费、碳交易成本、设备折旧等。
• 可再生能源渗透率：风光发电占比，反映系统低碳化水平。 编辑
  

2. 协同优化策略

• 源-荷-储协同：在负荷高峰时段，通过DR转移需求并启用储能，减少火电出力。
• 碳-能耦合：利用P2G将捕集的CO₂转化为甲烷，补充燃气机组燃料，降低外购气成本。

五、综合调度模型的构建方法

1. 分阶段建模

• 日前阶段：以总成本最小为目标，确定机组出力、储能计划及碳捕集水平。
• 日内阶段：引入鲁棒优化处理风光预测误差，调整碳捕集电厂的溶剂储存策略。
• 实时阶段：采用MPC动态修正出力计划，确保功率平衡与低碳目标。

2. 模型求解流程

• 多目标转化：将碳排放约束转化为碳交易成本，纳入单目标函数。
• 算法融合：改进PSO与灰狼算法（GWO）混合，提升全局搜索能力，避免局部最优。
• 仿真验证：通过MATLAB/Simulink平台验证模型有效性，对比传统PSO与混合算法的优化效果。

六、应用案例与效果分析

1. 海岛微网优化
   某远洋海岛群采用改进PSO-GWO算法，日均运行成本降低18.7%，可再生能源消纳率提升25%。
2. 工业园区调度
   四川某园区通过含P2G和CCS的多时间尺度模型，碳交易成本减少20.1%，系统稳定性显著提高。
3. 对比分析
   改进PSO相比传统算法，在收敛速度、帕累托解分布均匀性上表现更优，尤其在处理高维变量时优势明显。

七、未来研究方向

1. 不确定性建模：进一步研究风光-负荷联合预测误差对多时间尺度调度的影响。
2. 跨市场协同：探索碳交易与电力市场的联动机制，提升微网收益。
3. 智能算法融合：结合深度学习预测与PSO优化，实现动态环境下的实时调度。

通过上述多维度整合，改进粒子群算法在碳捕集微网调度中展现出显著优势，为电力系统低碳转型提供了理论支撑与实践路径。

📚2 运行结果

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部分代码：

%%%阶段一：优先安排清洁能源机组

PDD=[700,750,850,950,1000,1100,1150,1200,1300,1400,1450,1500,1400,1300,1200,1050,1000,1100,1200,1400,1300,1100,900,800];%负荷

[Pcd1,P_cH2]=P_Elect_config(x(1,73:120));%%SOC ->MW KCF

%%安排光伏

PL=PDD-pv;

%%安排MT、储能

PLD=PL-PMT+P_tanbu+P_dianjie-Pcd1;

if flag~=1

   %%

   %%阶段二，利用火电进行实时调度，考虑风电光伏的误差及备用容量

   [Fobject,UC_G]=syst_optimal(PLD,25);

   %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%气体平衡

   %电解槽产生的Ｈ２

   P_dianjie_H=P_dianjie.*0.75.*3.41./0.342;%(电_气综合能源系统环境经济调度研究_何良策　　式中2-6)

   %燃气轮机消耗的气体　　（２－１７）

   % a=[1000];

   % b=[16.19];

   % c=[0.00048];

   MT_gas=1000+16.16.*PMT+0.00048.*PMT.*PMT;

   %%甲烷化的Ｈ２

   Ch4_gas=(P_dianjie_H-P_cH2)/2;%%燃气轮机接在天然气管网，甲烷化的气体先于ＭＴ机组消耗的对冲，然后输入天然气管

   %甲烷化消耗的CO2量化计算

   CO2_gas=(P_dianjie_H-P_cH2)/2;

   %%消耗的气量

   %%消耗的气量

   Gas_tol=sum(MT_gas-Ch4_gas.*1.05);

   %CH4

   ch4=Ch4_gas.*1.05;

   %%计算成本

   %运行成本

   cost1=Fobject+Gas_tol.*2.47;

   %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%CO2平衡

   Pc_co2=P_tanbu.*3.25;%碳捕系统单位电量捕获的cO2系数为3.25

   %%环境成本

   %     %火电机组排放及治理

   %     co2=sum(sum(UC_G,2)).*0.21-sum(Pc_co2)-sum(CO2_gas)-sum(PMT).*0.2;

   %     v_co2=max([0,co2]);%%看是否全部处理，如果全部处理，则可取0

   %     cost2=(v_co2.*8.5);%kg/元

   %     %%Ｓｏ２　０．.８０　氮　０．８５

   %     %燃气轮机排放及治理

   %     % cost2=cost2+sum(PMT).*0.2*62.96;%kg/元

   %     cost3=sum(abs(PLD-sum(UC_G,2)'))-sum(P_tanbu)-sum(P_dianjie);%%弃DG量

   %     cost3_1=max([0,cost3]);

   %%弃DG量

   %%阶段三：日内滚动调度

   %%设计场景：利用碳捕集系统去抑制风光波动，即当风光波动时，调整碳捕系统的出力。

   %%滚动调度以每5分钟滚动一次

   %01-模拟风光误差

   

   P_tc_time=[];

   for tt=1:24

       %光伏波动

       

       PV=pv(1,tt).*ones(1,12) *0.03;

       %%碳捕出力扩展成5min

       PP=repmat(P_tanbu(1,tt),1,12);

       PP=PV+PP;

       P_tc_time=[P_tc_time,PP];

       

   end

   

   %%重新计算碳捕的出力及费用

   %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%CO2平衡

   Pc_co2=P_tc_time.*3.25;%碳捕系统单位电量捕获的cO2系数为3.25

   %%环境成本

   %机组排放及治理

   co2=sum(sum(UC_G,2)).*0.21-sum(Pc_co2)./12-sum(CO2_gas)-sum(PMT).*0.2;

   %     v_co2=max([0,co2]);%%看是否全部处理，如果全部处理，则可取0

   %%----------------------计算碳排放权交易量------------------------

   %%清洁能源+储能发电量+碳补系统处理的量+电解装置消耗的量

   %%碳排放价格按照广州碳排放交易中心确定（45/吨）（http://www.cnemission.cn/article/jydt/）

   %%碳排放指标参考（排放指标配额技术指南发改委）https://www.sohu.com/a/442954915_651733

   % 燃气轮机：０．３９ｔ／ＭＷ;燃煤机组０．９７ｔ／ＭＷ

   cost2=(-co2)*45./1000+sum(pv)*0.97*45./1000+sum(PMT).*0.39*45./1000;

   %%Ｓｏ２　０．.８０　氮　０．８５

   %燃气轮机排放及治理

   % cost2=cost2+sum(PMT).*0.2*62.96;%kg/元

   cost3=sum(abs(PLD-sum(UC_G,2)'))-sum(P_tanbu)-sum(P_dianjie);%%弃DG量

   cost3_1=max([0,cost3]);

   

   

   

   

   Obj(1)     = cost1+cost3_1*150;

   Obj(2)      =-cost2;

end

if flag==1

   %%

   %%阶段二，利用火电进行实时调度，考虑风电光伏的误差及备用容量

   [Fobject,UC_G]=syst_optimal(PLD,25);

   %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%气体平衡

   %电解槽产生的Ｈ２

   P_dianjie_H=P_dianjie.*0.75.*3.41./0.342;%(电_气综合能源系统环境经济调度研究_何良策　　式中2-6)

   %燃气轮机消耗的气体　　（２－１７）

   % a=[1000];

   % b=[16.19];

   % c=[0.00048];

   MT_gas=1000+16.16.*PMT+0.00048.*PMT.*PMT;

   %%甲烷化的Ｈ２

   Ch4_gas=(P_dianjie_H-P_cH2)/2;%%燃气轮机接在天然气管网，甲烷化的气体先于ＭＴ机组消耗的对冲，然后输入天然气管

   %甲烷化消耗的CO2量化计算

   CO2_gas=(P_dianjie_H-P_cH2)/2;

   %%消耗的气量

   %%消耗的气量

   Gas_tol=sum(MT_gas-Ch4_gas.*1.05);

   %CH4

   ch4=Ch4_gas.*1.05;

   %%计算成本

   %运行成本

   cost1=Fobject+Gas_tol.*2.47;

   %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%CO2平衡

   Pc_co2=P_tanbu.*3.25;%碳捕系统单位电量捕获的cO2系数为3.25

   

   

   %%弃DG量

   %%阶段三：日内滚动调度

   %%设计场景：利用碳捕集系统去抑制风光波动，即当风光波动时，调整碳捕系统的出力。

   %%滚动调度以每5分钟滚动一次

   %01-模拟风光误差

   

   P_tc_time=[];PVV=[];PV1=[];

   for tt=1:24

       %风电光伏波动

       

       PV=pv(1,tt).*ones(1,12) *0.03;

       %%碳捕出力扩展成5min

       PP=repmat(P_tanbu(1,tt),1,12);

       PP=PV+PP;

       P_tc_time=[P_tc_time,PP];

       

       PVV=[PVV,repmat(pv(1,tt),1,12)*1.03;];

       

       PV1=[PV1,repmat(pv(1,tt),1,12)];

   end

   

   %%重新计算碳捕的出力及费用

   %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%CO2平衡

   Pc_co21=P_tc_time.*3.25;%碳捕系统单位电量捕获的cO2系数为3.25

   %%环境成本

   %机组排放及治理

   co2=sum(sum(UC_G,2)).*0.21-sum(Pc_co21)./12-sum(CO2_gas)-sum(PMT).*0.2;

   %     v_co2=max([0,co2]);%%看是否全部处理，如果全部处理，则可取0

   %%----------------------计算碳排放权交易量------------------------

   %%清洁能源+储能发电量+碳补系统处理的量+电解装置消耗的量

   %%碳排放价格按照广州碳排放交易中心确定（45/吨）（http://www.cnemission.cn/article/jydt/）

   %%碳排放指标参考（排放指标配额技术指南发改委）https://www.sohu.com/a/442954915_651733

   % 燃气轮机：０．３９ｔ／ＭＷ;燃煤机组０．９７ｔ／ＭＷ

   cost2=(-co2)*45./1000+sum(pv)*0.97*45./1000+sum(PMT).*0.39*45./1000;

   %%Ｓｏ２　０．.８０　氮　０．８５

   %燃气轮机排放及治理

   % cost2=cost2+sum(PMT).*0.2*62.96;%kg/元

   cost3=sum(abs(PLD-sum(UC_G,2)'))-sum(P_tanbu)-sum(P_dianjie);%%弃DG量

   cost3_1=max([0,cost3]);

   

   

   

   

   %%输出图像

   figure;%风光

   plot(1:24,pv,'b-o','LineWidth',2);hold on

   tt=24/288:24/288:24;

   plot(tt,PVV,'k--o');hold off

   ylabel('功率／ＭＷ'); xlabel('时间／Ｔ');

   legend('日前光伏','实时光伏')

   

   

   figure;

   bar(sum(UC_G,2));hold on%火电机组

   

   bar(pv)

   bar(PMT)

   bar(Pcd1)%

   plot(1:24,PDD,'k-->','LineWidth',2);

   ylabel('功率／ＭＷ'); xlabel('时间／Ｔ');

   legend('火电机组','光伏','燃气轮机','储能','负荷');

   title('电负荷平衡')

🎉3 参考文献

文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。

[1]陈敬峰.含混合储能的独立型微电网系统控制与优化调度策略研究[D].华南理工大学[2024-04-24].

[2]程杉,黄天力,魏荣宗.含冰蓄冷空调的冷热电联供型微网多时间尺度优化调度[J].电力系统自动化, 2019(5):11.DOI:CNKI:SUN:DLXT.0.2019-05-005.

[3]黄天力.计及广义备用容量的微网多资料获取，更多粉丝福利，MATLAB|Simulink|Python资源获取【请看主页然后私信】